书香墨水心：电子纸技术解析
技术空间
在信息化快速发展的今天，许多书籍已经呈电子化发展。不过人们用电脑阅读时，尤其在长时间阅读时，总会有不适感。这是因为电脑屏幕的光源并不稳定，发光点阵存在闪烁的现象，而人眼睛的敏感度十分高，可以感觉非常细微的闪烁。同时液晶屏的对比度和分辨率都不如直观读书的效果好，所以说在当前电脑、手机、MP4的普通液晶屏幕上并不适合长时间阅读。
贴近书的感受
在电子设备上得到像读书一样的视觉感受，一直是人们的梦想。近年来，使用电子纸技术的电子书阅读器逐渐商用化并普及开来。国外的Amazon、iRex、Sony等是主导厂家，特别是Amazon的Kindle将这项技术发扬光大，国内也有汉王等一批厂商开始进入电子书阅读器市场。
这些产品都有一个共同的也是最大的技术特点，它们使用的屏幕都可以提供接近书本的视觉感受，这与在电脑屏幕上看文档是完全不同的，不但更适合长时间阅读，而且产品的外形像书本一样轻薄，甚至可以弯曲，便于携带，同时也不费电，更加环保。
电子纸的起源
虽然电子书出现在人们视线中的时间不长，但电子纸的相关技术已经研发了30多年。在上世纪60年代末，施乐Xerox PARC试图说服管理层支持代号为“Alto”的个人电脑开发计划，这是世界上第一款办公和字处理电脑。作为其配套的技术，施乐的PARC研究员Nick Sheridon率先提出电子纸的概念，以期能在屏幕这个人机界面上达到人们最习惯的自然纸张的效果，于是就诞生了由无数滚动球构成的“Gyricon”显示技术。
Gyricon技术将数百万直径为100微米左右的带电小球封装在充满润滑油的硅胶片中，润滑油的比重和小球是一样的。这些小球的一面涂上了带正电的黑色涂料，另一面涂上带负电的白色涂料。同时，硅胶片的表面装有可以施加电压的电路，当按照程序要求在硅胶片表面施加不同的正负电压时，相应区域的小球将会旋转，选择性地将黑色或者白色部分翻转出来，排列出图像或者文字。当Gyricon断开电源，已经旋转到位的小球仍会保持以前的旋转排列方式，这样文字和图形在不需要电源的情况下就可以长时间稳定显示。Gyricon颠覆了电子显示领域几十年来自发光的特点，它带来了报纸般的清晰度和广视角的阅读体验，由于仅在需要改变显示内容的时候才需要加电，Gyricon能够最大限度地省电。
到了1997年4月，麻省理工学院媒体实验室的一位名叫Joseph Jacobson的物理研究员建立了E-Ink公司，并全力研究把电子纸商品化。1999年5月，E-Ink推出名为Immedia的用于户外广告的电子纸。2000年E-Ink和朗讯科技开发出了第一张可卷曲的电子纸。2001年E-Ink利用Toppan的滤镜技术，生产出彩色电子纸。其实到目前为止，E-Ink是唯一一家可大批量生产适用于电子书的商用电子纸产品的公司。因此，目前市场上包括Amazon Kindle及Sony Reader在内的几十种电子书采用的几乎都是E-Ink的电子纸技术。虽然电子纸有多种名称，而把E-Ink的电泳式（通过移动液体中的粒子来进行显示的方式）技术作为电子纸的代名词毫不夸张。
电子纸技术特点
1．电泳式的原理
E-Ink发明的微胶囊型电泳式电子纸技术受到了Gyricon的启发，但又不尽相同。微胶囊型电泳式电子纸在带ITO电极的胶片上涂抹了大量100微米左右的微胶囊，每一个微胶囊以树脂为连接材料。这些微胶囊内部主要成分是透明液体，其中承载着大量带正电荷的白色颗粒和带负电荷的黑色颗粒。在工作时，以离子流方式将正电荷施予微胶囊表面，则白色粒子便移动到微胶囊的下部，于是从表面绘出黑色图像，若给与负电荷，则白色粒子便移动到微胶囊的上部，于是表面便变成白色。这样在程序的控制下，文字或图像便可以由这些微胶囊排列显示出来。而且只要每个胶囊使用两套不同的电极控制电路，E-Ink还能实现单个胶囊的多级灰度显示。
2．进步中的特点
目前E-Ink的微胶囊型电泳式电子纸的第二代已经大量商用，其最大的特点就是灰度显示层级增加，使得图像更细腻平滑。而且和Gyricon一样，微胶囊型电泳式在断电的情况下也能保持文字和图像的显示，只有在翻页时才需要消耗电力，所以一次充电可以使用1个月，这点也极为适合书籍的阅读。
和Gyricon技术相比，微胶囊型电泳式技术的亮度和分辨率更好。但Gyricon也有着结构简单的优点，所以Gyricon现在多用于零售商或其他商业的电子广告牌。Gyricon的代表产品是MaestroSign（设计大师），使用MaestroSign系统的零售商可以根据市场行情立即调整显示屏上的商品价格和宣传标语。E-Ink最初也瞄准了电子广告牌市场，但最终它还是找到了更适合自己的市场——为电子书阅读器提供最适合的屏幕。2004年，由E-Ink和Philips提供技术支持、由Sony生产的世界上“第一本”商用电子书问世，它轰动了整个IT业界。Sony的这本电子书被命名为LIBRIe，其显示屏达到4级灰度和800×600分辨率。
3．缺点的改进
虽然微胶囊型电泳式电子纸是当前电子书市场的标准，但它也存在着两大缺陷。首先在电场作用下微胶囊的粒子从一端移动到另一端需要时间，导致画面切换时总有肉眼可以察觉到的黑屏现象，无法适应动态画面显示的需要。另一方面，技术原理决定了它只能单色显示，无法实现彩色画面。虽然E-Ink联合日本凸版印刷公司，为电子纸开发了相应的彩色滤光片，但是造成的后果是反射率一直在25%以下（E-Ink的黑白屏幕产品反射率在35％～40％），同时使用多个彩色像素组成一个显示像素的方法也会大大降低分辨率，所以目前可以商用的微胶囊型电泳彩色显示技术一直没有出现。
正是由于缺点的存在，在E-Ink垄断市场的情况下，不断有新的电子纸技术出现。SiPix目前是电子纸领域的第二大公司，它们也采用了电泳技术，只不过其载体由微胶囊变为了微杯数组（Microcup—Array），由于其形状特点在制作时离子和液体的填封工序可以通过辊对辊方式连续完成，具有较佳的机械与电气特性，承受重压也不会损坏，但它的光反射率较低，目前约为28%。
另外一种较成熟的技术则是改良型的液晶技术——胆甾液晶（ChLCD）。胆甾液晶材料是三大类液晶材料之一，它的分子呈扁平层状结构，而层与层之间的重叠又是螺旋状结构。胆甾液晶显示具有双稳态的特点，同样当停止供电时它会保持供电时的显示状态。它还具有响应速度快、多层叠加可制成彩色屏幕的特点。2009年3月富士通推出的电子书阅读器FLEPia，使用的就是这项技术。和使用E-Ink技术的电子书相比，FLEPia最吸引人的是26万色显示功能，但其使用时间只有50小时，售价也高达1000美元以上。由此可见其节电技术和成本控制仍存在不小的问题。
众家看好电子书
在技术方面还有Bridgestone的快速响应流体粉（QR-LPD）技术、Philips的横向电泳（IP-EPD）技术、Zikon的逆乳液电泳（REED）技术、电润湿显示（EWD）技术、电流体显示（EFD）技术等。目前众多的电子纸技术处在研发中，一些产品还停留在实验室阶段，甚至是很初级的阶段，今后谁将占据主流还很难说。但可以肯定的是，今后彩色的、可弯曲的电子书距离我们不会太远。
Amazon Kindle的巨大成功已经向人们展示了电子书光辉的前景，所以IBM、西门子、LG、飞利浦、富士通、三星、HP等都开始进入这一领域，生产电子书的厂家已有数十家。液晶面板厂商元太科技在2009年6月宣布收购E-Ink，同年3月，著名的液晶面板厂商友达光电则收购了电子书厂商中排名第2位的美国SiPix Imaging。想当初，松下中止电泳式电子纸开发是因为作为显示器技术的液晶面板会主导市场，而30多年后则是液晶产品厂商全面进军电子书业务。
小结
对于广大用户而言，最关心电子书的价格，通常在3000元左右。随着电子书的技术成熟，其成本和售价也必将进一步降低，其实现在的价格也只有当初的一半左右了，而且可触摸、可手写的功能会进一步加入其中，用户的使用感受也会越来越接近真实的书本。不仅仅在阅读器领域，电子纸技术在使用传统纸张的领域都有很大的潜力，电子书甚至是可以印刷制造的， 未来我们会看到丰富多彩的电子显示世界。